认知神经科学实用教案

1、Contents认知神经科学的起源认知神经科学的起源1从神经元到脑：神经组织的结构从神经元到脑：神经组织的结构2脑的结构和功能脑的结构和功能3大脑皮质和其他结构大脑皮质和其他结构41第1页/共64页第一页，共64页。一、认知(rn zh)神经科学的起源认知认知(rn zh)(rn zh)神经科学的产生：神经科学的产生：M.S.GazzanigaG.MillerM.I.Posner2第2页/共64页第二页，共64页。1. 1.公元前公元前4 4世纪世纪(shj)(shj)：希波克拉底盖伦：希波克拉底盖伦2. 2.法国：笛卡尔法国：笛卡尔3第3页/共64页第三页，共64页。 3.意大利L.Galv

2、ani:神经(shnjng)电活动 19世纪，机能统一说与皮层(p cng)机能定位说的争论4.德国F.J.Gall和J.G.Spurzheim4第4页/共64页第四页，共64页。5Paul Broca-言语(yny)运动中枢5第5页/共64页第五页，共64页。6.C.Wernicke：接受( jishu)性失语症7Gustav Fritsch和Eduard Hitzig：狗的特征性运动(yndng)6第6页/共64页第六页，共64页。8.D.Ferrier对猴脑的刺激(cj)点7第7页/共64页第七页，共64页。9.Brodmann及Brodmann分区(fn q)8第8页/共64页第八页，

3、共64页。10.C.Golgi，S.R.Cajal 用银染色(rns)的神经元9第9页/共64页第九页，共64页。S.R.Cajal他绘制的大脑(dno)环路之一10第10页/共64页第十页，共64页。11.Charles Sherrington 和Adrian11第11页/共64页第十一页，共64页。12.F.Goltz12第12页/共64页第十二页，共64页。13.Stephen M.Kosslyn13第13页/共64页第十三页，共64页。二、从神经元到脑：神经系统(shnjngxtng)的组织 神经元的结构与机能 神经系统(shnjngxtng)的组织层次14第14页/共64页第十四页，

4、共64页。1.神经元的结构(jigu)与功能神经元神经元末梢末梢(msho)结：突触：神结：突触：神经递质经递质轴突轴突树突：接收树突：接收(jishu)体细胞：执行细胞的新陈代谢，繁殖，整合信息体细胞：执行细胞的新陈代谢，繁殖，整合信息有髓磷脂：郎氏结：自体免疫病硬化症有髓磷脂：郎氏结：自体免疫病硬化症无髓磷脂无髓磷脂一元胺神经递质一元胺神经递质氨基酸神经递质氨基酸神经递质神经肽神经肽阿尔兹海默病阿尔兹海默病15第15页/共64页第十五页，共64页。16第16页/共64页第十六页，共64页。神经递质神经递质神经递质神经递质说明说明一般机能一般机能 具体例子具体例子乙酰胆碱（乙酰胆碱（Ach)

5、Ach)由胆碱合成的单酰胺由胆碱合成的单酰胺神经递质神经递质兴奋大脑，身体其他部位兴奋大脑，身体其他部位的兴奋或抑制的兴奋或抑制记忆记忆多巴胺（多巴胺（DADA）由酪氨酸合成的由酪氨酸合成的影响运动、注意和学习，影响运动、注意和学习，大多有兴奋作用，有些抑大多有兴奋作用，有些抑制制帕金森氏症和精帕金森氏症和精神分裂症神分裂症肾上腺和去甲肾上腺肾上腺和去甲肾上腺素素同上同上荷尔蒙与警觉的调节相关荷尔蒙与警觉的调节相关涉及与打斗或飞涉及与打斗或飞行反应、愤怒及行反应、愤怒及恐惧相关的对身恐惧相关的对身体的影响体的影响血清素血清素由色氨酸合成的由色氨酸合成的影响觉醒、睡眠、梦和情影响觉醒、睡眠、梦和

6、情绪，通常是抑制性的绪，通常是抑制性的抑制做梦，缺乏抑制做梦，缺乏导致深度抑郁导致深度抑郁伽马氨基丁酸伽马氨基丁酸氨基酸神经递质氨基酸神经递质对突触前轴突的兴奋刺激对突触前轴突的兴奋刺激产生普遍的神经调节效果产生普遍的神经调节效果 影响某些学习和影响某些学习和记忆机制记忆机制谷氨酸谷氨酸同上同上同上同上同上同上神经肽神经肽肽链神经递质肽链神经递质突触后隔膜所产生的普遍突触后隔膜所产生的普遍的神经调节效果的神经调节效果内啡肽有镇痛作内啡肽有镇痛作用，加强乙酰胆用，加强乙酰胆碱的作用碱的作用17第17页/共64页第十七页，共64页。2 2神经系统的组织神经系统的组织(zzh)(zzh)层次层次18

7、第18页/共64页第十八页，共64页。三、脑的结构(jigu)与机能 PostmortemPostmortem尸体解剖：尸体解剖：Paul Broca-Tan;Paul Broca-Tan;阿尔兹海默病海马阿尔兹海默病海马 VivoVivo活体研究：动物活体研究：动物(dngw)(dngw)研究研究 成像技术成像技术19第19页/共64页第十九页，共64页。电波记录：脑电图（电波记录：脑电图（electroencephalogram,EEGs)electroencephalogram,EEGs) 事件相关电位（事件相关电位（event-related potentials,ERP)event-

8、related potentials,ERP)成像技术成像技术(jsh)(jsh)：脑磁图：脑磁图(magnetoencephalogram,MEG)(magnetoencephalogram,MEG) 计算机辅助轴向断层扫描术（计算机辅助轴向断层扫描术（CTCT） 正电子发射断层扫描术（正电子发射断层扫描术（positron emission tomographyPETpositron emission tomographyPET） 磁共振成像技术磁共振成像技术(jsh)(jsh)（functional magnetic resonance imaging,functional magnet

9、ic resonance imaging, MRI MRI，fMRI)fMRI)葡萄糖氧气(yngq)20第20页/共64页第二十页，共64页。常见(chn jin)的EEG模式21第21页/共64页第二十一页，共64页。各种意识各种意识(y sh)(y sh)水平下的水平下的EEGEEG波形波形22第22页/共64页第二十二页，共64页。23第23页/共64页第二十三页，共64页。24第24页/共64页第二十四页，共64页。采用成像技术(jsh)的一个实例 例一：例一：Tulving:Tulving:关于情节记忆和语义记忆的研究关于情节记忆和语义记忆的研究多重记忆系统多重记忆系统 例二：例二

10、：Posner&Peterson:PETPosner&Peterson:PET研究研究 对单词的加工对单词的加工处理处理 （1 1）休息阶段）休息阶段 （2 2）在屏幕在呈现）在屏幕在呈现(chngxin)(chngxin)一个单词一个单词 （3 3）大声地读出这个单词）大声地读出这个单词 （4 4）想出这个单词的一个用法）想出这个单词的一个用法 25第25页/共64页第二十五页，共64页。26第26页/共64页第二十六页，共64页。27第27页/共64页第二十七页，共64页。 例三：记忆操作的特异性 任务：读出下列单词：candy,cake,sugar,taste 下面哪个单

11、词是你刚刚(gng gng)读到的？ Blood,sweet,sugar,你有多大把握 反应：击中，虚报，漏报28第28页/共64页第二十八页，共64页。四、脑认知(rn zh) 脑：前脑(qinno)、中脑、后脑29第29页/共64页第二十九页，共64页。脑部位主要结构主要机能前脑大脑皮质接收并加工感官信息，思考，其他认知加工，规划发送运动信息基底神经节（细胞核与神经纤维结合体）对运动系统机能特别重要边缘系统（海马、杏仁核、隔膜）学习、情绪、动机丘脑充当进入大脑的感官信息的中继下丘脑控制内分泌，自主神经系统，控制意识，影响情绪、愉悦、疼痛和应激中脑上丘（顶部）影响视觉（尤其是视觉反射）下丘（

12、底部）影响听觉网状激活系统（RAS，延伸至后脑）控制意识、注意、心肺机能与运动灰质，红核，黑质，腹侧区控制运动后脑小脑主管平衡、协调性和肌肉弹性脑桥（网状激活系统）影响意识；连接大脑各部分之间的神经传送；影响面部神经延脑对侧传导，调控心肺机能，消化和吞咽30第30页/共64页第三十页，共64页。31第31页/共64页第三十一页，共64页。四个主要的丘脑细胞核中转视觉、听觉、体觉和平衡觉相关的信息四个主要的丘脑细胞核中转视觉、听觉、体觉和平衡觉相关的信息细胞核名称细胞核名称从从.接收信息接收信息主要投向到主要投向到（传送信息）（传送信息）受益功能受益功能外侧膝状细胞核视觉接收器，凭视神经视觉皮层

13、使我们看得见内侧膝状细胞核听觉接收器，凭听觉神经听觉皮层使我们听得见腹后侧细胞核躯体神经系统初级体觉皮质使我们感觉压力和疼痛腹外侧细胞核小脑（位于后脑）初级运动皮质使我们有平衡感32第32页/共64页第三十二页，共64页。大脑皮质大脑皮质(d no p zh)(d no p zh)与功能与功能定位定位大脑皮质：沟、裂、回大脑皮质：沟、裂、回 由胼胝体分成左右两半球由胼胝体分成左右两半球大脑半球专门化：大脑半球专门化：Dax-Broca,Wernicke-Lashley-Dax-Broca,Wernicke-Lashley-SperrySperry大脑半球的叶：额叶，顶叶大脑半球的叶：额叶，顶叶

14、(dn y)(dn y)，颞叶，枕，颞叶，枕叶叶联合区联合区33第33页/共64页第三十三页，共64页。34第34页/共64页第三十四页，共64页。35第35页/共64页第三十五页，共64页。倒立；面积(min j)大小与部位的敏感性有关；对侧传导36第36页/共64页第三十六页，共64页。Vision-The Visual Pathway37第37页/共64页第三十七页，共64页。Conrad(1964)的实验(shyn)一、听觉(tngju)码与AVL单元 BCPTVFMNSX 一类(y li)是BCPTV： i:；另一类(y li)是FMNSX：e。视觉呈现的字母回忆的混淆矩阵视觉呈现的

15、字母回忆的混淆矩阵38第38页/共64页第三十八页，共64页。听觉呈现的字母回忆的混淆听觉呈现的字母回忆的混淆(hnxio)矩矩阵阵39第39页/共64页第三十九页，共64页。其它其它(qt)(qt)的实验的实验 WikelgrenWikelgren：字母、数字：字母、数字 刺激是图画时，也存在听觉代码刺激是图画时，也存在听觉代码(di m)(di m) 听觉缺陷被试的研究：某些耳聋人在短时记忆中将视听觉缺陷被试的研究：某些耳聋人在短时记忆中将视觉符号转换成在功能上与语音代码觉符号转换成在功能上与语音代码(di m)(di m)相似的一种相似的一种代码代码(di m)(di m)40第40页/

16、共64页第四十页，共64页。AVL：某些声音混淆现象也可能是言语运动(yndng)或发音的混淆造成的。鉴于字母、字词的听觉代码和口语代码都是不同形式的言语代码，因此，常将听觉的(Auditory)、口语的(Verbal)、言语的(Languistic)代码联合起来，称之为A.V.L单元。AuditoryLinguisticverbal41第41页/共64页第四十一页，共64页。二、视觉(shju)码Ponsner的实验(shyn)条件刺激样本正确反应视觉和名称都匹配AA相同名称匹配视觉不匹配Aa相同视觉和名称都不匹配A B不同视觉和名称都不匹配A b不同42第42页/共64页第四十二页，共64

17、页。 对字母的视觉代码加工存在于短时记忆的最初对字母的视觉代码加工存在于短时记忆的最初(zuch)(zuch)阶段，之后才逐渐地向听觉代码过渡，对于大量的非阶段，之后才逐渐地向听觉代码过渡，对于大量的非言语刺激信息材料，视觉代码也许是重要的。言语刺激信息材料，视觉代码也许是重要的。43第43页/共64页第四十三页，共64页。感觉代码与感觉信息感觉代码与感觉信息(xnx)(xnx)的区别的区别 感觉记忆是按照感觉记忆是按照(nzho)(nzho)刺激的物理特性刺激的物理特性进行直接加工与编码的。进行直接加工与编码的。 短时记忆中的感觉代码，要比感觉记忆短时记忆中的感觉代码，要比感觉记忆中的信息更

18、为抽象，已经排除了刺激信中的信息更为抽象，已经排除了刺激信息的某些物理特性或细节。息的某些物理特性或细节。44第44页/共64页第四十四页，共64页。三、语义码:1 Wickens的实验：前摄抑制(yzh)设计实验组实验1葡萄西瓜枇杷分心作业回忆苹果香蕉凤梨分心作业回忆实验2梨子芒果桔子分心作业回忆实验3实验4玫瑰花向日葵雏菊分心作业回忆实验1荔枝龙眼柚子分心作业回忆控制组45第45页/共64页第四十五页，共64页。前摄抑制解除函数前摄抑制解除函数(hnsh)结果结果正确率（正确率（%）46第46页/共64页第四十六页，共64页。2.Shulman的实验(shyn) 给被试看一张字表，接着再呈

19、现(chngxin)一个探测词，要求被试将这个探测词与字表中的一个词进行匹配。 同一匹配 同义匹配 在同一匹配时，他们会将探测词与字表中意义相似的一个词混淆起来。如“美丽”“漂亮”47第47页/共64页第四十七页，共64页。 语义代码是一种与意义有关的抽象有代码，不带有任何感觉通道的特性。语义代码是一种与意义有关的抽象有代码，不带有任何感觉通道的特性。通过抑制实验表明，在短时记忆中两种被加工的材料越接近，互相干扰越通过抑制实验表明，在短时记忆中两种被加工的材料越接近，互相干扰越大。大。 组块在本质组块在本质(bnzh)(bnzh)上就是短时记忆信息的意义组织或再编码，这表明，上就是短时记忆信息

20、的意义组织或再编码，这表明，短时记忆中也存在语义编码。短时记忆中也存在语义编码。48第48页/共64页第四十八页，共64页。第三节短时记忆的信息提取一、一、Sternberg的系列搜索：的系列搜索：1实验程序：实验程序：一半数量一半数量(shling)的实验要做是的反应，一半数量的实验要做是的反应，一半数量(shling)的实验要做否的的实验要做否的反应。反应。实验变量：识记忆项目的数量实验变量：识记忆项目的数量(shling)，即记忆集的大小，即记忆集的大小识记项目编码给被试探测数字被试作彻底的比较决定和反应（是或否）反应时间49第49页/共64页第四十九页，共64页。2.2.平行扫描平行扫

21、描(somio)(somio)和系列扫描和系列扫描(somio)(somio) 平行扫描：测试项目与记忆集中的全部项目同时进行比较平行扫描：测试项目与记忆集中的全部项目同时进行比较(bjio)(bjio)。被试的反应时不会随着识记忆项目的数量或记忆。被试的反应时不会随着识记忆项目的数量或记忆集的大小而发生变化集的大小而发生变化 系列扫描：测试项目与记忆集中的项目一个一个地相继进行比系列扫描：测试项目与记忆集中的项目一个一个地相继进行比较较(bjio)(bjio)，被试的反应时会随着记忆项目数量增多或记忆，被试的反应时会随着记忆项目数量增多或记忆的增大而增加。的增大而增加。平行扫描平行扫描(so

22、mio)系系列扫描列扫描(somio)50第50页/共64页第五十页，共64页。实验实验(shyn)(shyn)结果结果51第51页/共64页第五十一页，共64页。识记项目编 码刺激编码 顺序比较决 策反应组织影影响响影影响响影影响响影影响响 测试项目的 质 量识记项目的 数 量 反应类型反应类型的相对频率反 应 时52第52页/共64页第五十二页，共64页。识记项 目编码测试项 目编码顺序比较决定和反应（是或否）反应时间e msNc msd msRT38N39753第53页/共64页第五十三页，共64页。 从头至尾的系列扫描：对记忆集中的全部从头至尾的系列扫描：对记忆集中的全部(qunb)(

23、qunb)项目都要顺序检查一遍。项目都要顺序检查一遍。 自我停止的系列扫描：在记忆集中查出所自我停止的系列扫描：在记忆集中查出所要的项目后即停止比较。要的项目后即停止比较。3. 3.从头至尾从头至尾(cng tu zh wi)(cng tu zh wi)的扫描还是自我的扫描还是自我停止的扫描？停止的扫描？54第54页/共64页第五十四页，共64页。“否”反应(fnyng)“是”反应(fnyng)记忆(jy)集大小反应时（A）从头到尾的系列扫描“否”反应“是”反应记忆集大小反应时（A）自我停止的系列扫描“是是”反应和反应和“否否”反应有着一样的斜率，短时记忆信息提反应有着一样的斜率，短时记忆信息

24、提取是以从头至尾系列扫描方式进行的。取是以从头至尾系列扫描方式进行的。55第55页/共64页第五十五页，共64页。 不同类别材料的加工速率与记忆不同类别材料的加工速率与记忆(jy)(jy)容量容量加工速率（加工速率（msms）记忆容量（项目）记忆容量（项目）数字数字33.4颜色颜色38.038.07.17.1字母字母56.35字词字词47.047.05.55.5几何图形几何图形50.050.05.35.3随机图形随机图形68.068.03.83.8无意义音节无意义音节73.073.03.43.456第56页/共64页第五十六页，共64页。对Sternb

25、erg模型(mxng)的批评识记项目数量太少刺激呈现速度太慢对Sternberg的实验结果也可以(ky)从加工能量有限的观点加以解释57第57页/共64页第五十七页，共64页。二、直通模型(mxng)（direct access model)实验支持：常见词的反应时快于非常见词重复项目的反应时少于非重复项目可以(ky)解释系列位置效应直通模型（Direct Access Model）认为，短时记忆中信息的提取并不是通过扫描的方式进行的，大脑可以直接通往所要提取的项目在短时记忆中的位置，进行直接提取。该模型认为，短时记忆中的每一个项目都有一定的熟悉值或痕迹强度，可以据此作出某种判定。在大脑内部有一个判断标准，当熟悉值高于这一标准，则作出“是”反应，低于这一标准则作出“否”反应。 熟悉值与标准的偏离程度(chngd)越高，作出是或否反应的速度也越快。58第58页/共64页第五十八页，共64页。三、双重(shungchng)模型Atkinson和Joula认